DE102007046711B4

DE102007046711B4 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102007046711B4
Application number: DE102007046711.9A
Authority: DE
Inventors: Reinhold F. Bittner
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2027-09-29
Also published as: DE102007046711A1

Abstract

Anzeigevorrichtung miteinem Bildmodul (2), das in einer Bildebene ein Bild erzeugt,einer dem Bildmodul (2) nachgeordneten, mindestens zwei Linsen (7, 8, 9, 10) aufweisenden Relay-Optik (3), deren optische Achse (OA) gegenüber der Normalen der Bildebene gekippt ist,einem einzigen, der Relay-Optik (3) nachgeordneten Umlenkspiegel (4) mit konkaver Krümmung,wobei die Relay-Optik (3) und der Umlenkspiegel (4) das in der Bildebene erzeugte Bild als virtuelles Bild abbilden,keine der Linsenflächen (F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10) der Linsen (7-10) der Relay-Optik (3) zur optischen Achse (OA) der Relay-Optik gekippt ist und genau eine Linse (10) der Relay-Optik (3) dezentriert zur optischen Achse (OA) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, die insbesondere als HMD-Vorrichtung (Head Mounted Display-Vorrichtung) ausgebildet sein kann.
Solche Anzeigevorrichtungen weisen häufig einen konkav gekrümmten Umlenkspiegel vor dem Auge des Benutzers auf, was zu keystoneförmigen Verzeichnungen führen kann.
Aus der US 5,513,041 A ist eine HMD-Vorrichtung mit einem Bildmodul, einer dem Bildmodul nachgeordneten Relay-Optik und mit einem der Relay-Optik nachgeordneten konkaven Umlenkspiegel bekannt. Zur Korrektur der unerwünschten Keystone-Verzeichnungen ist ferner zwischen der Relay-Optik und dem Umlenkspiegel ein Korrekturelement angeordnet, das zwei asphärisch gekrümmte Flächen aufweist, die zueinander dezentriert und gekippt sind. Dies führt nachteilig dazu, daß die Herstellung (aufgrund dieses Elementes) komplizierter ist und die Justage sehr aufwendig wird. Außerdem ist das Korrekturelement im aufgesetzten Zustand der HMD-Vorrichtung sehr nahe am Auge des Benutzers, so daß ein Brillenträger diese HMD-Vorrichtung nicht mit aufgesetzter Brille nutzen kann.
In der US 5,663,833 A wird versucht, die Keystone-Verzeichnungen bei der HMD-Vorrichtung durch eine Spiegelanordnung zu verringern. Insgesamt ähnelt die in dieser Druckschrift beschriebene HMD-Vorrichtung einem Öffner-System mit Zusatzlinsen. Nachteilig ist bei diesem System, daß zusätzliche Spiegel notwendig sind, was zu einer Verteuerung der HMD-Vorrichtung führt Außerdem sind die Spiegel schwierig herzustellen, da ihr Krümmungsverhalten nur durch Freiformflächen zu beschreiben ist und somit weder eine sphärische Krümmung noch eine rotationssymmetrisch asphärische Krümmung vorliegt. Dies erschwert auch die Justierung der Spiegel.
Die US 4,826,287 A zeigt eine Anzeigevorrichtung mit einem Bildmodul, einer dem Bildmodul nachgeordneten Relay-Optik und einem der Relay-Optik nachgeordneten konkaven Umlenkspiegel, wobei in der Relay-Optik ein optisches Element mit einer oder zwei gekrümmten Grenzflächen vorgesehen ist, um Verkippungen und Dezentrierungen einzelner Elemente der Relay-Optik zu verringern oder zu eliminieren, die bisher zur Kompensation von Bildaberrationen notwendig waren.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die kostengünstig hergestellt werden kann, äußerst kompakt ist und bei der die unerwünschten Keystone-Verzeichnungen möglichst vollständig optisch korrigiert sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anzeigevorrichtung mit einem Bildmodul, das in einer Bildebene ein Bild erzeugt, einer dem Bildmodul nachgeordneten, mindestens zwei Linsen aufweisenden Relay-Optik, deren optische Achse gegenüber der Normalen der Bildebene gekippt ist, einem einzigen, der Relay-Optik nachgeordneten Umlenkspiegel mit konkaver Krümmung, wobei die Relay-Optik und der Umlenkspiegel das in der Bildebene erzeugte Bild als virtuelles Bild vor die Austrittspupille der Anzeigevorrichtung abbilden, keine der Linsenflächen der Linsen der Relay-Optik zur optischen Achse der Relay-Optik gekippt ist und genau eine Linse der Relay-Optik dezentriert zur optischen Achse angeordnet ist.
Durch die Schräge (gekippte) Anordnung der Relay-Optik relativ zur Normalen der Bildebene und der Dezentrierung der einen Linse der Relay-Optik wird eine ausgezeichnete Korrektur der Keystone-Verzeichnungen erreicht.
Die Relay-Optik kann sehr kompakt (beispielsweise nur zwei Linsen) ausgebildet werden. Die Justierung der Linsen ist vereinfacht, da keine Kippung der Linsen zueinander in der Relay-Optik notwendig ist. Lediglich die Dezentrierung der einen Linse ist durchzuführen. Dies ist jedoch ohne großen Justieraufwand möglich, da aufgrund der nicht vorliegenden Verkippung der einzelnen Linsen zueinander die Auflagefläche der dezentrierten Linse senkrecht zur optischen Achse verläuft. Es muß also lediglich die Auflagefläche um die vorbestimmte Dezentrierung verschoben werden.
Die dezentriert angeordnete Linse kann von allen Linsen der Relay-Optik den geringsten Abstand zur Bildebene aufweisen. Dies hat sich als besonders vorteilhaft für die Korrektur der Keystone-Verzeichnungen erwiesen.
Der Umlenkspiegel kann rotationsasphärisch gekrümmt ausgebildet sein. Insbesondere ist der Umlenkspiegel zur optischen Achse der Relay-Optik dezentriert und gekippt angeordnet. Damit lassen sich die gewünschen Abbildungseigenschaften der Anzeigevorrichtung realisieren.
Der Umlenkspiegel kann als Vorderflächenspiegel oder Rückflächenspiegel ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, daß der Umlenkspiegel teiltransparent ist. In diesem Fall findet eine Überlagerung der Umgebung mit dem mittels dem Bildmodul erzeugten Bild statt. Natürlich ist es auch möglich, den Umlenkspiegel als Spiegel auszubilden, der vollständig reflektiert und keinerlei Transparenz aufweist. In diesem Fall wird dem Benutzer nur das mittels dem Bildmodul erzeugte Bild dargeboten.
Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung können alle Linsen der Relay-Optik aus dem gleichen Material hergestellt werden. Dadurch können die Herstellungskosten reduziert werden.
Bei der Anzeigevorrichtung kann das vom Bildmodul kommende Licht die Relay-Optik unsymmetrisch durchlaufen. Dadurch ist eine gute Bildfehlerkorrektur möglich.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann zwischen der Relay-Optik und der Austrittspupille der Anzeigevorrichtung bis auf den Umlenkspiegel keine weiteren optischen Elemente aufweisen. Damit ist ein äußerst kompakter Aufbau möglich. Natürlich kann die Anzeigevorrichtung so ausgelegt werden, daß zwischen dem Umlenkspiegel und der Austrittspupille genügend Platz für eine Brille des Benutzers ist, wenn er die Anzeigevorrichtung auf dem Kopf trägt und sein Auge im Bereich der Austrittspupille der Anzeigevorrichtung ist.
Das Bildmodul kann ein flächiges Bildelement aufweisen, das in der Bildebene angeordnet ist. So kann das Bildelement beispielsweise ein LCD-Element oder ein LCoS-Element sein.
Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung die Relay-Optik so angeordnet sein, daß die optische Achse der Relay-Optik dezentriert ist relativ zum in der Bildebene erzeugten Bild.
Ferner kann die Relay-Optik maximal vier Linsen aufweisen. Insbesondere kann sie genau zwei, drei oder vier Linsen aufweisen.
Ferner kann die Anzeigevorrichtung auf eine der Linsenflächen ein diffraktives Element zur Farbfehlerkorrektur enthalten.
Die Anzeigevorrichtung kann eine Haltevorrichtung aufweisen, an der das Bildmodul, die Relay-Optik und der Umlenkspiegel befestigt sind, wobei die Haltevorrichtung zum Aufsetzen auf den Kopf eines Benutzers ausgebildet sind. In diesem Fall ist die Anzeigevorrichtung als HMD-Vorrichtung ausgebildet. Die Haltevorrichtung kann brillenartig, helmartig oder in sonstiger Weise ausgebildet sein.
Die Anzeigevorrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, mit der das Bildmodul angesteuert wird. Der Steuereinrichtung werden oder sind entsprechende Bilddaten zugeführt. Insbesondere kann die Steuereinrichtung auch noch eine elektronische Vorverzerrung der Bilddaten durchführen, um eventuell vorhandene optische Abbildungsfehler zu kompensieren.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
2 eine schematische Draufsicht der Anzeigevorrichtung von 1 im auf den Kopf eines Benutzers aufgesetzten Zustand,
3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
4 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, und
5 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.

Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 ein Bildmodul 2 zum Erzeugen eines Bildes, dem in dieser Reihenfolge eine Relay-Optik 3 sowie ein konkav gekrümmter Umlenkspiegel 4 nachgeordnet sind.
Die Relay-Optik 3 und der Umlenkspiegel 4 dienen dazu, ein mittels dem Bildmodul 2 erzeugtes Bild als virtuelles Bild vor die Austrittspupille 5 der Anzeigevorrichtung 1 so abzubilden, daß ein (nicht gezeigter) Benutzer, dessen Augenpupille im Bereich der Austrittspupille 5 liegt, das virtuelle Bild in einem vorbestimmten Abstand (hier 800 mm) vor der Austrittspupille 5 wahrnehmen kann.
In 1 ist schematisch ferner ein brechkraftloses Brillenglas 6 eingezeichnet. Dadurch soll angedeutet werden, daß die Anzeigevorrichtung 1, sofern sie als HMD-Vorrichtung auf dem Kopf eines Benutzers getragen wird, auch für Brillenträger geeignet ist, da bei aufgesetzter Anzeigevorrichtung 1 noch ausreichend Platz für eine Brille vorhanden ist.
Bei der Ausführungsform von 1 weist die Austrittspupille 5 einen Durchmesser von 8 mm bei einem Sehfeld von ± 16,6° x ± 11,8° (horizontal x vertikal) auf.
Die Relay-Optik 3 und der Umlenkspiegel 4 sind hier so ausgelegt, daß eine möglichst verzeichnungsfreie Abbildung bei diesen Werten der Austrittspupille und des Sehfeldes erzielt wird, wobei insbesondere die unerwünschte Keystone-Verzeichnung optisch korrigiert wird.
Dazu weist bei dem Ausführungsbeispiel von 1 die Relay-Optik 3 vier Linsen 7, 8, 9, 10 auf, die alle aus dem gleichen Material gebildet sind.
Alle Linsenflächen F3-F10 der Linsen 7-10 sind symmetrisch, wobei die Linsenfläche F7 torisch ausgebildet und somit nur achsensymmetrisch ist. Die restlichen Linsenflächen F3-F6 sowie F8-F10 sind jeweils rotationssymmetrisch. Ferner sind alle Linsen 7-10 in sich symmetrisch. Darunter wird hier verstanden, daß die beiden Linsenflächen F3, F4; F5, F6; F7, F8; und F9, 10 jeder Linse 7-10 zueinander keine Dezentrierung sowie keine Kippung aufweisen.
Die Linsen 7-10 sind so in der Relay-Optik 3 angeordnet, daß sie gegenüber der optischen Achse OA der Relay-Optik 3 nicht verkippt sind. Zusätzlich sind die Linsen 7-9 symmetrisch zur optischen Achse OA und somit nicht dezentriert in der Relay-Optik 3 angeordnet. Die Linse 10 ist gegenüber der optischen Achse OA dezentriert.
Die Relay-Optik 3 ist insgesamt gegenüber der Normalen der Fläche F12, in der das Bild mittels dem Bildmodul 2 erzeugt wird, gekippt. Das Bildmodul 2 umfaßt einen flächigen Bildgeber 11, z.B. ein LCD- oder LCoS-Element, sowie ein Deckglas 12. Ferner ist die optische Achse OA der Relay-Optik 3 gegenüber der Mitte der Bildfläche des Bildgebers 11 und somit gegenüber der Mitte des mittels dem Bildgeber 11 erzeugten Bildes versetzt und somit dezentriert.
Wie in der nachfolgenden Beschreibung noch detaillierter ausgeführt wird, sind die Flächen F3, F4, F6 und F9 asphärisch ausgebildet. Die Flächen F5, F8 und F10 sind sphärisch gekrümmt und die Fläche F7 ist torisch ausgebildet. Auf der Fläche F6 ist ferner ein diffraktives Element zur Farbfehlerkorrektur ausgebildet.
Der Umlenkspiegel 4 ist asphärisch gekrümmt und gegenüber der optischen Achse OA der Relay-Optik sowohl gekippt als auch dezentriert.
Die Anzeigevorrichtung 1 weist noch eine Steuereinrichtung 13 zur Ansteuerung des Bildmoduls 2 auf der Basis vorgegebener Bilddaten sowie eine in 2 schematische dargestellte Haltevorrichtung 14 auf. Die Haltevorrichtung 14 ist als Klemmhalterung ausgebildet, die am Kopf eines Benutzers B festgeklemmt werden kann. Die Steuereinrichtung 13, das Bildmodul 2 und die Relay-Optik 3 sind in einem Gehäuse 15 angeordnet, mit dem der Umlenkspiegel 4 mechanisch verbunden ist. Wie in 2 angedeutet ist, können die Teile der Linsen 7-10, die bei der Abbildung des Bildes in die Austrittspupille 5 nicht vom Licht durchlaufen werden, abgetrennt sein, so daß eine sehr kompakte Ausbildung der Anzeigevorrichtung möglich ist.
Die Linsenflächen F2-F4, F6 und F9 können durch eine Polynomentwicklung gemäß der nachfolgenden Pfeilhöhenformel G1 beschrieben werden: $z (h) = \frac{ρ h^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) ρ^{2} h^{2}}} + \sum_{n = 1}^{10} C n \cdot h^{n}$

z: Pfeilhöhe
K: Exzentrizität
p: Scheitelkrümmung
h: Höhe
Cn: Koeffizienten für Terme höherer Ordnung.

Hierbei bezeichnet h die Höhe eines auf der jeweiligen Fläche liegenden Punktes im lokalen flächenbezogenen Koordinatensystem, dessen Ursprung mit der Mitte der jeweiligen Fläche zusammenfällt. Für die Flächen F2-F4, F6 und F9 sind die Werte für die Parameter der Formel G1 in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Die Pfeilhöhenformel G1 weist mit den in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Größen die Einheit mm auf. Tabelle 1

	F2	F3	F4	F6	F9
P	-0,01418	-0,05024	-0,001905	0,004914	-0,02046
K	-3,0361	0	0	0	0
C1	0	0	0	0	0
C2	0	0	0	0	0
C3	-1,6823E-5	0	0	0	0
C4	3,6098E-8	0,353467E-5	-0,715675E-4	-0,245757E-4	-0,170389E-4
C5	-6,7639E-9	0	0	0	0
C6	-3,3204E-10	0,671406E-7	0,432368E-6	-0,256001E-6	0,111809E-6
C7	2,7962E-12	0	0	0	0
C8	1,5905E-13	-0,186576E-9	-0,182095E-8	0,233743E-8	-0,331091E-9
C9	-1,9050E-15	0	0	0	0
C10	-2,1099E-18	-0,889636E-13	0,199792E-11	-0,849416E-11	0,556762E-12

Die Flächen F5, F8 und F10 sind sphärisch gekrümmt. Die Krümmungsradien sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

Fläche F5 F8 F10

Radius -22,6277 64,6454 143,38
Die in der Tabelle 2 angegebenen Größen weisen jeweils die Einheit mm auf.
Die Fläche F7 ist torisch gekrümmt. Die Krümmung in der y-Richtung (in der Zeichenebene von 1) beträgt -0,042146 mm und die Krümmung in der x-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene) beträgt -0,03645 mm.
Die asphärische Fläche F6 ist ferner noch als diffraktive Fläche zur Farbfehlerkorrektur ausgestaltet, wobei die diffraktive Fläche ein Kinoform-Profil aufweist. Im Detail umfaßt die diffraktive Fläche konzentrische Ringe mit dem Linsenscheitel der Fläche F6 als Mittelpunkt. Jeder Ring hat einen inneren und einen äußeren Radius. Der innere Radius des ersten Rings ist null. Der äußere Radius des m-ten Rings ist der innere Radius des m+1-ten Ringes. Die Breite der Ringe wird von der Mitte zum Rand der Linse kontinuierlich kleiner. Die Furchentiefe am inneren Radius ist null, am äußeren Radius beträgt sie d. Beim Übergang vom m-ten Ring auf den m+1-ten Ring ist somit eine Stufe der Höhe d vorhanden. Die diffraktive Fläche kann mit der nachfolgenden Phasenprofilfunktion φ beschrieben werden: $φ = \frac{2 π}{λ_{0}} \sum_{n} D_{n} r^{2 n}$
dabei steht λ₀ für die Referenzwellenlänge und D_n sind die Koeffizienten des Phasenpolynoms. Der Radius r des m-ten Ringes berechnet sich aus $m λ_{0} = \sum_{n} D_{n} r^{2 n} m = 1, 2, 3, \dots$
es gibt maximal N Ringe, wobei $N = \frac{1}{λ_{0}} \sum_{n} D_{n} r_{max}^{2 n}$
dabei steht r_max für den halben Linsendurchmesser.
Die Furchentiefe d an jedem Ring beträgt $d = \frac{λ_{0}}{n_{0} - 1},$
wobei n₀ der Brechungsindex des Materials für λ₀ ist. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform hat sich gezeigt, daß es ausreichend war, die diffraktive Fläche mit dem Koeffizienten D1 zu beschreiben. Dieser ist in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3:

Fläche D1 λ₀ [nm] Beugungsordnung N R1 [mm] RN [mm] d [mm]

F6 -1,49079E-3 546,07 1 216 0,605 8,9 0,000952
Die Beschreibung der Flächen F2 - F10 bezieht sich jeweils auf das lokale Koordinatensystem. Dieses lokale Koordinatensystem entsteht aus einem globalen Koordinatensystem, dessen Ursprung mit dem Mittelpunkt der Austrittspupille 5 zusammenfällt, dadurch, daß zunächst der Ursprungspunkt des globalen Koordinatensystems entlang der drei Achsen des globalen Koordinatensystems um die in der nachfolgenden Tabelle 4 angegebenen Strecken XDE, YDE und ZDE (in mm) verschoben und anschließend um den in der Tabelle 4 angegebenen Drehwinkel ADE (in °) um die x-Achse des lokalen Koordinatensystems gedreht wird. Die x-Achse ist so gewählt, daß sie die Richtung senkrecht zur Zeichenebene von 1 bildet.

Das Bildmodul 2 umfaßt das Deckglas 12 mit den Flächen F11 und F12, wobei der bildgebende Bereich des Bildgebers 11 als Annahme für die Optikrechung direkt an der Fläche F12 anliegt. Natürlich wird bei der Anzeigevorrichtung 1 das Deckglas 12 bevorzugt nicht direkt auf dem bildgebenden Bereich des Bildgebers 11 aufliegen, sondern es wird ein vorbestimmter Abstand dazwischen vorgesehen sein. Tabelle 4

	XDE	YDE	ZDE	ADE
5	0,00000	0,00000	0,00000	0,0000
F2	0,00000	23,28992	66,80000	0,0000
F3	0,00000	25,43736	9,85651	-38,6595
F4	0,00000	31,80509	1,89676	-38,6595
F5	0,00000	43,13659	-12,26776	-38,6595
F6	0,00000	47,68502	-17,95336	-38,6595
F7	0,00000	50,44654	-21,40530	-38,6595
F8	0,00000	55,72569	-28,00432	-38,6595
F9	0,00000	63,74740	-26,15892	-38,6595
F10	0,00000	69,14319	-32,90373	-38,6595
F11	0,00000	67,02319	-42,12635	-35,4924
F12	0,00000	67,31349	-42,53344	-35,4924

Die Relay-Optik 3 ist so ausgebildet, daß zwischen der Relay-Optik 3 und dem Umlenkspiegel ein reelles Zwischenbild der mittels des Bildmoduls erzeugten Bildes vorliegt. Zwischen den Linsen 7 und 8 liegt ein Bild der Austrittspupille 5.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel von 1 und 2 sind alle vier Linsen 7-10 aus dem gleichen Material hergestellt. Hier wurde das Material mit der Handelsbezeichnung Zeonex-E48R verwendet, das bei der Wellenlänge von 656,27nm eine Brechzahl von 1,527131, bei der Wellenlänge von 546,07nm eine Brechzahl von 1,532262 und bei einer Wellenlänge von 486,13nm eine Brechzahl von 1,536617 aufweist.
In der 3 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung gezeigt, bei der die Relay-Optik 3 wieder vier Linsen 7-10 aufweist. Jedoch sind bei dieser Ausführungsform nur die Linsen 7, 9 und 10 aus dem Material Zeonex-E48R hergestellt. Die Linse 8 ist aus Polycarbonat gefertigt, das bei einer Wellenlänge von 656,27nm eine Brechzahl von 1,575941, bei einer Wellenlänge von 546,07nm eine Brechzahl von 1,589625 und bei einer Wellenlänge von 486,13nm eine Brechzahl von 1,592994 aufweist. Ferner ist der Umlenkspiegel bei der Ausführungsform von 3 als Rückflächenspiegel ausgebildet, wobei er einen transparenten Träger 16 aus Zeonex-E48R und eine spiegelnde Beschichtung 17 auf der Rückseite F2' des Trägers 16 aufweist.
Bei der Darstellung von 3 sind die Steuereinrichtung 13, das Gehäuse 15, die Haltevorrichtung 14 sowie das Bildmodul 2 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Für das Bildmodul 2 ist stellvertretend die Fläche F11 eingezeichnet.
Bei der Ausführungsform von 3 sind die Flächen F2', F2, F3, F4, F6, F9 und F10 jeweils asphärisch gekrümmt. Die Flächen F5 und F8 sind spärisch gekrümmt und die Fläche F7 ist torisch ausgebildet. Die Krümmung der Fläche F7 in x-Richtung beträgt -71,33192 mm und in y-Richtung -127,46421 mm. Auf der Fläche F6 ist ein diffraktives Element zur Farbfehlerkorrektur ausgebildet.

Die asphärischen Flächen F2', F2, F3, F4, F6, F9 und F10 können mit der obigen Pfeilhöhenform G1 beschrieben werden, wobei die entsprechenden Parameter in der nachfolgenden Tabelle 5 angegeben sind. Nachdem die Werte für die Flächen F2 und F2' bis auf den Parameter p identisch sind, sind in der Tabelle 5 nur die Werte für die Fläche F2 angegeben. Für die Fläche F2' beträgt p = -0,01287. Tabelle 5

	F2	F3	F4	F6
ρ	-0,01311	-0,01730	0,04366	0,01429
K	-3,0361E+00	0	0	0
C1	0	0	0	0
C2	0	0	0	0
C3	2,4542E-05	0	0	0
C4	5,0076E-07	0,170841E-04	-0,339121E-04	-0,468879E-04
C5	-1,2896E-08	0	0	0
C6	-3,2781E-10	0,327530E-07	0,214764E-06	0,272503E-06
C7	5,6274E-12	0	0	0
C8	1,4850E-13	-0,348149E-09	-0,862625E-09	-0,146037E-08
C9	-3,6249E-15	0	0	0
C10	1,9248E-17	0,532953E-12	0,106143E-11	0,234337E-11

	F9	F10
ρ	-0,06774	-0,02366
K	0	0
C1	0	0
C2	0	0
C3	0	0
C4	-0,351431E-04	-0,413495E-04
C5	0	0
C6	0,527580E-06	-0,801465E-07
C7	0	0
C8	-0,777350E-08	-0,135706E-08
C9	0	0
C10	0,308960E-10	0,213323E-10

Die Flächen F5 und F8 sind sphärisch gekrümmt. Die Krümmungsradien sind in mm in der nachfolgenden Tabelle 6 angegeben Tabelle 6

Fläche F5 F8

Radius -36,95249 26,87351
Das diffraktive Element auf der asphärischen Fläche F6 wird in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform von 1 und 2 beschrieben. Die entsprechenden Parameter sind in der nachfolgenden Tabelle 7 angegeben. Tabelle 7

Fläche D1 λ₀ [nm] Beugungsordnung N R1 [mm] RN [mm] d [mm]

F6 -2,3380E-03 546,07 1 806,6 0,4835 14,08 0,00090

Die Lage und Ausrichtung der Flächen F2-F10 sowie der Fläche F11 in der der bildgebende Bereich des Bildgebers 11 liegt, ist in der gleichen Art und Weise wie in Tabelle 4 in der nachfolgenden Tabelle 8 angegeben. Tabelle 8

	X	Y	Z	ADE
5	0,00000	0,00000	0,00000	0,0000
F2	0,00000	24,66326	65,32893	0,0000
F2'	0,00000	24,66326	68,32893	0,0000
F3	0,00000	32,12272	9,21699	-21,2259
F4	0,00000	37,19135	-3,83325	-21,2259
F5	0,00000	40,77499	-13,06006	-21,2259
F6	0,00000	43,03730	-18,88484	-21,2259
F7	0,00000	46,31371	-27,32064	-21,2259
F8	0,00000	49,48900	-35,49607	-21,2259
F9	0,00000	51,36879	-34,87325	-21,2259
F10	0,00000	53,17902	-39,53406	-21,2259
F11	0,00000	53,64687	-46,20135	-29,6918

In der Ausführungsform von 4 weist die Relay-Optik 3 drei Linsen 7, 8 und 9 auf, die alle aus dem gleichen Material (ZeonexE48R) hergestellt sind. Die Darstellung in 4 ist ähnlich zu der Darstellung von 3, wobei hier die Fläche F9 stellvertretend für das Bildmodul 2 eingezeichnet ist.
Bei der Ausführungsform von 4 sind die Linsenflächen F3, F4, F6, F7 und F8 jeweils asphärisch gekrümmt. Gleiches gilt für den Vorderflächenspiegel und seine Fläche F2. Die Linsefläche F5 ist torisch gekrümmt. Die Krümmung in der y-Richtung der Fläche F5 beträgt -15,387 mm und die Krümmung in der x-Richtung beträgt -16,459 mm. Auf der Linsenfläche F6 ist ein diffraktives Element ausgebildet.

Die asphärisch gekrümmten Flächen können durch die obige Pfeilhöhenformel G1 beschrieben werden, wobei die entsprechenden Parameter in der nachfolgenden Tabelle 9 angegeben sind. Tabelle 9

	F2	F3	F4
ρ	-0,01418	-0,05077	-0,01364
K	-3,0361E+00	0	0
C1	0	0	0
C2	0	0	0
C3	-2,8440E-05	0	0
C4	5,8697E-07	-0,194491E-04	-0,778780E-04
C5	-9,7009E-09	0	0
C6	-4,2814E-10	0,166021E-06	0,429966E-06
C7	2,9088E-12	0	0
C8	1,7044E-13	-0,428830E-09	-0,159443E-08
C9	-1,4267E-15	0	0
C10	-8,3740E-18	0,259703E-12	0,176636E-11

	F6	F7	F8
ρ	0,00570	-0,02046	0,04746
K	0	0	0
C1	0	0	0
C2	0	0	0
C3	0	0	0
C4	-0,431211E-04	0,209970E-04	-0,138817E-04
C5	0	0	0
C6	-0,669802E-06	-0,474186E-06	-0,178976E-06
C7	0	0	0
C8	0,895421E-08	0,164446E-08	-0,245521E-08
C9	0	0	0
C10	-0,459652E-10	-0,139078E11	0,827295E-11

Das diffraktive Element auf der Fläche F6 wird in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 1 und 2 beschrieben. Die Parameterwerte sind in der nachfolgenden Tabelle 10 angegeben. Tabelle 10

Fläche D1 λ₀ [nm] Beugungsordnung N R1 [mm] RN [mm] d [mm]

F6 -1,4994E-03 546,07 1 201 0,6035 8,555 0,000952

Schließlich ist noch die Verschiebung und Kippung der einzelnen Flächen beziehungsweise deren lokaler Koordinatensystem relativ zu dem globalen Koordinatensystem, diesen Ursprung mit dem Mittelpunkt der Austrittspupille 5 zusammenfällt, in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform angegeben. Die entsprechenden Parameterwerte sind in nachfolgender Tabelle 11 angegeben. Tabelle 11

	XDE	YDE	ZDE	ADE
5	0,00000	0,00000	0,00000	0,0000
F2	0,00000	24,64947	66,80000	0,0000
F3	0,00000	28,49714	9,32357	-41,1282
F4	0,00000	34,01765	3,00159	-41,1282
F5	0,00000	47,32341	-12,23592	-41,1282
F6	0,00000	51,90408	-17,48162	-41,1282
F7	0,00000	57,92140	-19,12531	-41,1282
F8	0,00000	63,84112	-25,90446	-41,1282
F9	0,00000	69,39862	-37,51604	-41,5236

In 5 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 gezeigt, bei der die Relay-Optik 3 genau zwei Linsen 7, 8 aufweist. Die Linsenfläche F3 ist torisch gekrümmt. Die Krümmung der Fläche F3 in der y-Richtung beträgt -13,6515 mm und der x-Richtung -12,99935 mm. Die Linsenflächen F4, F5, F6 sowie die Fläche F2 des gekrümmten Umlenkspiegels (Vorderflächenspiegels) sind jeweils asphärisch gekrümmt. Die asphärisch gekrümmten Flächen können durch die obige Pfeilhöhenformel G1 beschrieben werden, wobei die Parameter der nachfolgenden Tabelle 12 angegeben sind. Tabelle 12

	F2	F4	F5	F6
ρ	-0,01418625	-0,01331676	-0,05326698	0,00958014
K	-3,0361E+00	0	0	0
C1	0	0	0	0
C2	0	0	0	0
C3	-5,2663E-08	0	0	0
C4	-8,5541E-07	-0,150189E-03	-0,105269E-03	-,0159231E-03
C5	3,3811E-09	0	0	0
C6	-1,1545E-10	0,351100E-06	-0,330770E-07	-0,170976E-05
C7	1,2825E-12	0	0	0
C8	1,2093E-13	-0,705810E-08	-0,207672E-08	0,398649E-08
C9	-2,3549E-15	0	0	0
C10	1,9672E-18	0,636863E-10	0,389125E-10	-0,141658E-09

Auf der Linsenfläche F4 ist ein diffraktives Element ausgebildet, das in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform von 1 und 2 charakterisiert ist. Die entsprechenden Parameter sind in der nachfolgenden Tabelle 13 enthalten. Tabelle 13

Fläche D1 λ₀ [nm] Beugungsordnung N R1 [mm] RN [mm] d [mm]

F4 -1,7009E-03 546,07 1 124 0,5665 6,207 0,000952
Die Darstellung von 5 ist ähnlich zur Darstellung von 3, wobei hier die Fläche F7 stellvertretend für das Bildmoduls 2 eingezeichnet ist.

Die Verschiebung der lokalen Koordinatensysteme der Flächen F2-F7 ist in der nachfolgenden Tabelle 14 angegeben. Tabelle 14

		XDE	YDE	ZDE	ADE
5	1	0,00000	0,00000	0,00000	0,0000
F2	6	0,00000	21,21844	69,82218	0,0000
F3	14	0,00000	43,00843	2,78033	-17,9936
F4	15	0,00000	44,90659	-3,06383	-17,9936
F5	18	0,00000	46,35286	-5,72521	-17,9936
F6	19	0,00000	49,03351	-13,97857	-17,9936
F7	20	0,00000	54,17455	-31,59856	-45,4724

Claims

Anzeigevorrichtung mit einem Bildmodul (2), das in einer Bildebene ein Bild erzeugt, einer dem Bildmodul (2) nachgeordneten, mindestens zwei Linsen (7, 8, 9, 10) aufweisenden Relay-Optik (3), deren optische Achse (OA) gegenüber der Normalen der Bildebene gekippt ist, einem einzigen, der Relay-Optik (3) nachgeordneten Umlenkspiegel (4) mit konkaver Krümmung, wobei die Relay-Optik (3) und der Umlenkspiegel (4) das in der Bildebene erzeugte Bild als virtuelles Bild abbilden, keine der Linsenflächen (F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10) der Linsen (7-10) der Relay-Optik (3) zur optischen Achse (OA) der Relay-Optik gekippt ist und genau eine Linse (10) der Relay-Optik (3) dezentriert zur optischen Achse (OA) angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die dezentriert angeordnete Linse (10) die Linse der Relay-Optik (3) ist, die von allen Linsen (7-10) den geringsten Abstand zur Bildebene aufweist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Umlenkspiegel (4) rotationsasphärisch gekrümmt ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Umlenkspiegel (4) zur optischen Achse (OA) dezentriert und gekippt angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der alle Linsen (7-10) aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das vom Bildmodul (2) kommende Licht die Relay-Optik (3) unsymmetrisch durchläuft.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Anzeigevorrichtung zwischen der Relay-Optik (3) und einer Austrittspupille (2) der Anzeigevorrichtung bis auf den Umlenkspiegel (4) keine weiteren optischen Elemente aufweist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Bildmodul ein flächiges Bildelement (11) aufweist, das in der Bildebene angeordnet ist und das das Bild in der Bildebene erzeugt.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Relay-Optik (3) so angeordnet ist, daß die optische Achse (OA) der Relay-Optik (3) dezentriert ist relativ zum in der Bildebene erzeugten Bild.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Umlenkspiegel (4) teiltransparent ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Relay-Optik maximal vier Linsen (7-10) aufweist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der auf einer der Linsenflächen (F3-F10) ein diffraktives Element zur Farbfehlerkorrektur ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, die eine Haltevorrichtung (14) aufweist, an der das Bildmodul (2), die Relay-Optik (3) und der Umlenkspiegel (4) befestigt sind, wobei die Haltevorrichtung zum Aufsetzen auf den Kopf eines Benutzers ausgebildet ist.